鹽和干旱脅迫對(duì)芥菜型油菜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

熱孜亞·麥麥提，顧元國(guó)，李強(qiáng),王娟，侯獻(xiàn)飛，賈東海，買買提·伊明

(1.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院新疆生物資源基因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046； 2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】在干旱和溫暖地區(qū)自然土壤形成過(guò)程總是產(chǎn)生具有低農(nóng)業(yè)潛力的鹽漬化土壤，全世界鹽漬化土地面積超過(guò)8億公頃[1]。鹽度影響農(nóng)作物的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)以及生物產(chǎn)量[2]。油菜是我國(guó)植物油的主要來(lái)源，也是新疆南北部地區(qū)主要的經(jīng)濟(jì)油料作物。芥菜型油菜因其良好的耐鹽、旱、寒、抗倒、生育期短等特性適合在新疆地區(qū)種植和成為主要栽培類型[3]。開(kāi)展芥菜型油菜耐鹽、旱性研究，選育耐鹽、旱高產(chǎn)品種，對(duì)提高食用植物油供給量，有效地利用鹽堿土地資源具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前國(guó)內(nèi)外對(duì)不同油菜品種的抗鹽性或抗旱性研究主要集中在生理生化和農(nóng)藝性等兩個(gè)方面。Kandil等[4]對(duì)不同芥菜型油菜品種進(jìn)行的鹽脅迫試驗(yàn)結(jié)果表明，隨鹽脅迫濃度的升高種子發(fā)芽率、根的伸長(zhǎng)和幼苗的生長(zhǎng)量降低，且在相同的鹽濃度下不同品種之間存在耐鹽性差異，高鹽濃度下差異更顯著。黃鎮(zhèn)等[5]鹽脅迫對(duì)3大類型油菜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響的研究顯示，鹽脅迫下三種不同油菜類型(甘藍(lán)型、白菜型和芥菜型)的種子發(fā)芽率隨鹽濃度的增加而降低，三者之間存在耐鹽性差異，其中芥菜型油菜品種的耐鹽性最強(qiáng)。【本研究切入點(diǎn)】芥菜型油菜是十字花科蕓薹屬芥菜的油用變種，植株高大，分支多，含油量高，具有耐瘠性強(qiáng)等特點(diǎn)。當(dāng)前對(duì)芥菜型油菜品種的抗旱抗鹽脅迫下的研究較少。試驗(yàn)研究不同濃度的鹽旱脅迫對(duì)三種芥菜型油菜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用不同濃度的NaCl和甘露醇對(duì)油菜種子進(jìn)行處理，分析鹽旱脅迫對(duì)三種芥菜型油菜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，比較不同芥菜型油菜品種間的耐鹽耐旱性差異，為栽培耐鹽旱的油菜品種和鹽漬土芥菜型油菜的豐產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試油菜品種種子由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所選育并提供。三種芥菜型油菜品種為新油9號(hào)、CBJ004-34、CPB160701。試驗(yàn)前對(duì)三種種子進(jìn)行預(yù)萌發(fā)以保證種子的萌發(fā)齊性，其萌發(fā)率分別為99.0%、98.7%和99.5%。

1.2 方 法

1.2.1 種子滅菌和潤(rùn)洗處理

供試種子先用無(wú)水乙醇處理30 s，再用10%次氯酸鈉處理4 min，然后用滅菌水分別潤(rùn)洗五次。之后將處理好的種子放在滅菌操作臺(tái)中晾干備用。

1.2.2 鹽和甘露醇處理的種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)

NaCl處理分別為(0(CK)、100、150、200、250、300 mmol/L)6個(gè)濃度，甘露醇處理分別為(0(CK)、100、200、300、400 mmol/L)5個(gè)濃度。每個(gè)處理設(shè)三個(gè)重復(fù)，每重復(fù)25粒種子。將種子置于5 mL處理液浸潤(rùn)的濾紙皿于培養(yǎng)箱中進(jìn)行萌發(fā)。萌發(fā)條件為：12 h光照/12 h黑暗，溫度為28℃，相對(duì)濕度為60%。每天定時(shí)觀察，并記錄種子萌發(fā)數(shù)，于7 d后結(jié)束萌發(fā)并計(jì)算種子發(fā)芽率。每皿隨機(jī)選取10株幼苗，測(cè)其根長(zhǎng)、苗高，計(jì)算平均值。

種子發(fā)芽率(%)=(第7 d種子萌發(fā)數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。

發(fā)芽勢(shì)=第4 d種子發(fā)芽率/供試種子數(shù)×100%。

發(fā)芽指數(shù)= ∑(Gt/ Dt).

式中：Gt為td內(nèi)的種子發(fā)芽數(shù)，D為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)三種油菜的主根長(zhǎng)和株高采用軟件Image 1.48V 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，所有數(shù)據(jù)采用軟件Graphad prism 5.0 進(jìn)行單因素方差分析并在圖中進(jìn)行標(biāo)注。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽濃度對(duì)三種芥菜型油菜種子萌發(fā)指標(biāo)的影響

2.1.1發(fā)芽指數(shù)

用不同濃度(0(CK)、100、150、200、250、300 mmol/L)的NaCl溶液對(duì)三種芥菜型油菜進(jìn)行處理，結(jié)果顯示，三種芥菜型油菜種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)隨著NaCl濃度的升高而降低。隨著鹽濃度的增加三種油菜種子的發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，NaCl濃度為0～100 mmol/L，新油9號(hào)油菜和CBJ004-34種子的發(fā)芽指數(shù)沒(méi)有顯著變化，但二者之間沒(méi)有顯著差異，CPB160701種子的發(fā)芽指數(shù)顯著下降(P>0.05)，NaCl濃度為300 mmol/L時(shí)，CPB160701的種子萌發(fā)指數(shù)0，完全抑制其種子的萌發(fā)。低鹽濃度對(duì)新油9號(hào)油菜和CBJ004-34種子的萌發(fā)的影響不顯著，高鹽濃度顯著抑制種子的萌發(fā)，對(duì)CPB160701種子發(fā)芽的抑制最明顯。表1

表1 不同NaCl濃度處理下三種油菜種子A發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)變化

Table 1 Effects of different NaCl treatment on germination(G) potential,G index with (A)，CBJ004-34(B) and CPB160701(C)

處理Treatment(mmol/L)發(fā)芽勢(shì)G Potential (%)發(fā)芽指數(shù) G indexABCABC094.77a94.57a90a37.53a37.6a32.64a10085.33a88ab84a33.32a33.37a 27.58b15072ab80bc68b26.08ab29.08ab17.48c20056b72c37c20.85ab27.38ab9.83d25036c41.33d18d7.74b14.73b4.91e3002.67d16e0e1.13b4.88c0fF27.3797.95177.935.8570.49156.8

注：不同字母代表差異顯著(P<0.05 或<0.01 )

Note: lowercase letters indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01 )

2.1.2 發(fā)芽率變化

在同一NaCl濃度下，CBJ004-34油菜種子的發(fā)芽率最高，新油9號(hào)次之，CPB160701最低；在低濃度(100～150 mmol/L)時(shí)，新油9號(hào)和CBJ004-34油菜萌發(fā)率的變化不大(P>0.05)；而NaCl濃度升至300 mmol/L時(shí)，CPB160701油菜種子的萌發(fā)完全被抑制，其他兩種的發(fā)芽率顯著下降但仍保持一定水平的發(fā)芽率 (P<0.05)。高濃度的NaCl溶液對(duì)三種芥菜型油菜種子的萌發(fā)均產(chǎn)生了較強(qiáng)的抑制作用，新油9號(hào)油菜和CPB160701所受的影響小于CPB160701油菜。圖1

注：不同小寫(xiě)字母(a,b,c,d)表示同一品種不同處理之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)，(*)表示在同一個(gè)濃度不同品種之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)

Note: lowercase letters the column of the same cultivar indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01 ),(*)indicate significant difference among different cultivars the same treatment(P<0.05或0.01)

圖1 不同濃度NaCl脅迫下三種芥菜型油菜種子萌發(fā)率變化

Fig.1 Effect of different NaCl concentrations on seed germination of three types ofB.juncea

2.1.3 發(fā)芽勢(shì)變化

研究表明，新油9號(hào)對(duì)照組(0 mmol/L)從第2 d開(kāi)始萌發(fā)，至第7 d基本穩(wěn)定，發(fā)芽率達(dá)99%；而300 mmol/L NaCl濃度處理下第3 d才開(kāi)始萌發(fā)，第7 d發(fā)芽率僅為7%；高鹽濃度延期了其種子萌發(fā)率。CBJ004-34在250 mmol/L和300 mmol/L處理的種子萌發(fā)較慢，到7 d時(shí)發(fā)芽率為49%和23%。CPB160701在200 mmol/L和250 mmol/L NaCl濃度處理至第7 d時(shí)發(fā)芽率為46%和28%；300 mmol/L時(shí)萌發(fā)完全受到抑制。圖2，圖3，表1

圖2 不同NaCl濃度處理下三種芥菜型油菜種子萌發(fā)日變化

Fig.2 Effects of different NaCl concentrations on three types ofB.juncea

圖3 不同NaCl濃度處理下7 d后三種芥菜型油菜種子萌發(fā)情況

Fig.3 Germination of three types ofB.junceaseeds treated with different concentrations of NaCl for 7 days

2.2 不同濃度NaCl處理對(duì)三種芥菜型油菜幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1幼苗根長(zhǎng)變化

研究表明，隨著NaCl濃度的增加，三種芥菜型油菜種子的根長(zhǎng)有降低趨勢(shì)。相較其他兩種，新油9號(hào)的根長(zhǎng)較短，CPB160701根最長(zhǎng)。前者在NaCl濃度為100 mmol/L時(shí)比對(duì)照明顯增加，250 mmol/L時(shí)顯著低于對(duì)照，但最高和最低值在1.5～4 cm，由此顯示，低濃度NaCl能促進(jìn)新油9號(hào)根的生長(zhǎng)。其他兩種類型的根長(zhǎng)隨NaCl濃度升高顯著下降(P<0.05)，其最高值與最低值在1.5～8 cm (CBJ004-34) 或0.5～9.5 cm (CPB160701)。圖4

注：不同小寫(xiě)字母(a,b,c,d)表示同一品種不同處理之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)，(*)表示在同一個(gè)濃度不同品種之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)

Note: lowercase letters the column of the same cultivar indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01),(*)indicate significant difference among different cultivars the same treatment(P<0.05或0.01)

圖4 不同濃度NaCl處理下三種芥菜型油菜根生長(zhǎng)情況

Fig.4 Effects of different NaCl concentrations on root length of three types ofB.junceaseedling

2.2.2 幼苗株高變化

研究表明，NaCl處理后三種油菜株高明顯低于對(duì)照(P<0.05)，但是不同濃度NaCl 處理同一個(gè)品種油菜的株高之間沒(méi)有顯著差異(P>0.05)。圖5

2.3 不同甘露醇濃度對(duì)三種芥菜型油菜種子發(fā)芽率的影響

研究表明，三種油菜種子的發(fā)芽率隨著甘露醇濃度升高而降低；在同一濃度下，CBJ004-34和CPB160701油菜種子的發(fā)芽率比新油9號(hào)好，低濃度甘露醇溶液(100～200 mmol/L)對(duì)三種油菜種子發(fā)芽率的影響不大 (P>0.05)；當(dāng)甘露醇濃度為300～400 mmol/L時(shí)，三種油菜種子的發(fā)芽率呈明顯降低趨勢(shì)，尤其是新油9號(hào)。高濃度的甘露醇對(duì)三種油菜種子的發(fā)芽率產(chǎn)生顯著抑制作用，但CBJ007-34和CPB160701油菜所受的影響小于新油9號(hào)。圖6

注：不同小寫(xiě)字母(a,b,c,d)表示同一品種不同處理之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)，(*)表示在同一個(gè)濃度不同品種之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)

Note: lowercase letters the column of the same cultivar indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01),(*)indicate significant difference among different cultivars the same treatment(P<0.05或0.01)

圖5 不同濃度NaCl處理下三種芥菜型油菜株高變化

Fig.5 Effects of different NaCl concentrations on plant height of three types ofB.junceaseedling

注：不同小寫(xiě)字母(a,b,c,d)表示同一品種不同處理之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)，(*)表示在同一個(gè)濃度不同品種之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)

Note: lowercase letters the column of the same cultivar indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01 ),(*)indicate significant difference among different cultivars the same treatment(P<0.05或0.01)

圖6 不同甘露醇濃度下三種芥菜型油菜種子萌發(fā)率變化

Fig.6 Effects of different mannitol concentrations on seed germination of three types ofB.juncea

研究表明，新油9號(hào)對(duì)照組(0 mmol/L)從第2 d開(kāi)始萌發(fā)，至第7 d基本穩(wěn)定，發(fā)芽率達(dá)96%；而甘露醇濃度400 mmol/L處理下第3 d才開(kāi)始萌發(fā)，第7 d萌發(fā)率僅為42%；其他濃度下的發(fā)芽率隨鹽濃度升高而降低。高濃度的甘露醇會(huì)抑制新油9號(hào)種子的萌發(fā)(P<0.05)。在甘露醇濃度0～200 mmol/L時(shí)，對(duì)CBJ004-34和CPB160701油菜種子的發(fā)芽率沒(méi)有顯著的影響，當(dāng)濃度達(dá)300～400 mmol/L時(shí)種子發(fā)芽率呈降低趨勢(shì)，但仍保持較高的發(fā)芽率，到7 d時(shí)萌發(fā)率分別為74%和70%。圖7，圖8

圖7 不同濃度甘露醇處理下三種芥菜型油菜種子萌發(fā)日變化

Fig.7 Effects of different mannitol concentrations on seed germination of three types ofB.juncea

圖8 不同甘露醇濃度處理下7 d后三種芥菜型油菜種子萌發(fā)情況

Fig.8 Effects of different mannitol concentrations on seed germination of three types ofB.juncea

2.4 不同濃度甘露醇處理對(duì)三種油菜幼苗生長(zhǎng)的影響

2.4.1根長(zhǎng)變化

研究表明，隨著甘露醇濃度的增加，三種油菜幼苗的根長(zhǎng)呈降低趨勢(shì)；新油9號(hào)和CBJ004-34油菜幼苗的根長(zhǎng)在低濃度甘露醇(100 mmol/L)處理 時(shí)比對(duì)照明顯增加 (P<0.05)，400 mmol/L時(shí)最低；CPB160701油菜幼苗根長(zhǎng)隨甘露醇濃度增加顯著變短。圖9

注：不同小寫(xiě)字母(a,b,c,d)表示同一品種不同處理之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)，(*)表示在同一個(gè)濃度不同品種之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)

Note: lowercase letters the column of the same cultivar indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01 ),(*)indicate significant difference among different cultivars the same treatment(P<0.05或0.01)

圖9 不同濃度甘露醇處理下三種芥菜型油菜根長(zhǎng)變化

Fig.9 Effects of different mannitol concentrations on root length of three types ofB.junceaseedling

2.4.2 株高變化

研究表明，當(dāng)甘露醇濃度<400 mmol/L時(shí)，新油9號(hào)的株高明顯高于對(duì)照 (P<0.05)，400 mmol/L濃度對(duì)其株高無(wú)影響，一定濃度的甘露醇能夠促進(jìn)新油9號(hào)油菜幼苗的生長(zhǎng)；CBJ004-34和CPB160701油菜在不同濃度NaCl處理后株高與對(duì)照沒(méi)有顯著差異，這兩種油菜對(duì)一定濃度甘露醇脅迫不敏感。圖10

注：不同小寫(xiě)字母(a,b,c,d)表示同一品種不同處理之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)，(*)表示在同一個(gè)濃度不同品種之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)

Note: lowercase letters the column of the same cultivar indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01 ),(*)indicate significant difference among different cultivars the same treatment(P<0.05或0.01)

圖10 不同濃度甘露醇處理下三種芥菜型油菜株高變化

Fig.10 Effects of different mannitol concentrations on plant height of three types ofB.junceaseedling

3 討 論

種子萌發(fā)時(shí)很敏感和容易受到周圍環(huán)境的影響，不同植物在萌發(fā)時(shí)期的耐鹽性不同，因此，同一鹽濃度下不同品種之間存在耐鹽性差異，且隨鹽濃度升高這種差異更明顯[6-7]。在鹽、旱等逆境脅迫下，植物發(fā)生一系列的生理生化變化：如種子體內(nèi)水分虧缺，滲透壓升高而水勢(shì)降低，使種子吸水困難造成生理干旱，從而影響種子萌發(fā)[8-9]。本試驗(yàn)研究了不同濃度的鹽旱脅迫對(duì)三種芥菜型油菜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，研究表明，NaCI和甘露醇脅迫明顯抑制了芥菜型油菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)且這種抑制作用隨鹽濃度的增加而加劇。

甘藍(lán)型油菜和白菜型油菜NaCl在300 mmol/L時(shí)的發(fā)芽率分別是37.23%、14.67%[10]。研究中NaCl在 300 mmol/L時(shí)CBJ004-34油菜的發(fā)芽率為34.3%，這個(gè)品系是耐鹽性油菜品種。低濃度的NaCl會(huì)促進(jìn)種子萌發(fā)，但NaCl濃度較高迫使其進(jìn)入次生種子休眠[11]。研究顯示，CBJ004-34號(hào)和CPB160701油菜種子在甘露醇濃度為(>300 mmol/L)時(shí)保持80%～98%的發(fā)芽率，跟對(duì)照比沒(méi)有顯著差異，與NaCl處理的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)相比，甘露醇處理的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)均顯著優(yōu)于NaCl處理。這表明在鹽脅迫下，Na+和Cl-里可能被種子吸收，對(duì)種子表現(xiàn)出毒性作用因而抑制種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，而甘露醇分子進(jìn)入，進(jìn)不了種子里面，對(duì)種子沒(méi)有毒性[12]。

鹽、旱脅迫下，植物細(xì)胞原生質(zhì)膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，細(xì)胞膜透性增大，降低植物光合速率，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受到抑制和導(dǎo)致植物根系形狀的變化，抑制根的伸長(zhǎng)。根系是作物吸收水和營(yíng)養(yǎng)的主要部位，與植物的耐鹽、旱性有密切的關(guān)系[13-14]。低濃度的鹽旱脅迫對(duì)油菜幼苗的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，隨著鹽旱脅迫程度的提高，根和幼苗的生長(zhǎng)受到不同程度的抑制，不同品種之間也存在耐鹽旱性差異[15,16,17]。研究材料三種芥菜型油菜，NaCl和甘露醇濃度100 mmol/L時(shí)促進(jìn)了新油9號(hào)和CBJ004-34油菜根的伸長(zhǎng)，隨著NaCl和甘露醇濃度的升高，根的伸張受到了不同程度的抑制。根長(zhǎng)跟植物耐旱性有正相關(guān)的，低濃度的鹽旱脅迫還引起植物呼吸作用、植物的呼吸增強(qiáng)，蛋白質(zhì)合成受到促進(jìn)，植物的生理活動(dòng)朝著有利于其適應(yīng)鹽脅迫的方向發(fā)展比如：加速個(gè)體發(fā)育的進(jìn)程、根的長(zhǎng)度增加、株莖變短等[18]。篩選出了耐、鹽旱性比較強(qiáng)的芥菜品種，新油9號(hào)和CBJ004-34號(hào)油菜種子的耐鹽性和耐旱性比其他兩種較強(qiáng)，適合進(jìn)一步進(jìn)行耐鹽旱性育種及耐鹽旱分子機(jī)理研究中。

4 結(jié) 論

NaCl 濃度小于150 mmol/L時(shí)，對(duì)三種油菜種子萌發(fā)的影響不明顯，300 mmol/L鹽濃度顯著抑制了其種子萌發(fā)。試驗(yàn)材料新油9號(hào)和CBJ004-34油菜種子在鹽濃度為(0～200 mmol/L)時(shí)仍保持75%～98%的萌發(fā)率，NaCl 濃度 100 mmol/L時(shí)，促進(jìn)了新油9號(hào)和CBJ004-34油菜幼苗根的伸長(zhǎng)。鹽脅迫對(duì)三種芥菜型油菜的株高沒(méi)有顯著差異。三種芥菜型油菜耐鹽性強(qiáng)弱依次為新油9號(hào)> CBJ004-34> CPB16070。在甘露醇模擬干旱脅迫下，CBJ004-34和CPB160701油菜種子在甘露醇濃度為(>300 mmol/L)時(shí)保持80%～98%的萌發(fā)率，400 mmol/L甘露醇濃度抑制了其種子萌發(fā)。甘露醇濃度為100 mmol/L時(shí)，促進(jìn)了新油9號(hào)和CBJ004-34油菜幼苗根的伸長(zhǎng)，隨著甘露醇濃度的升高，三種芥菜型油菜株高呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，甘露醇濃度為(>300 mmol/L)時(shí)，對(duì)CPB160701油菜幼苗生長(zhǎng)的影響不明顯。三種芥菜型油菜耐旱性強(qiáng)弱依次為新油CBJ004-34> CPB160701>新油9號(hào)。